[发明专利]一种微波驱动型催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种微波驱动型催化剂的制备方法及应用。所述微波驱动型催化剂为在碳化硅泡沫陶瓷外表面烧结一层金属氧化物。其制备是先通过有机泡沫浸渍法采用高温烧结制备碳化硅泡沫陶瓷；再在碳化硅外表面低温烧结一层金属氧化物。本发明微波驱动型催化剂具有致密的微波吸收层和疏松的催化活性层。本发明微波驱动型催化剂可用于生物质热解、有机合成反应中。本发明微波驱动型催化剂应用于微波体系中可实现催化剂“原位吸波生热”和“催化转化”的协同，充分发挥微波加热特性，减缓催化剂结焦、提高催化效率及催化剂使用寿命。同时，本发明微波驱动型催化剂具有压降低的特点，适合工业化生产应用，可避免因催化压降大而导致的高能耗和安全问题。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，特别涉及一种微波驱动型催化剂的制备方法及应用。

背景技术

生物质热解技术是生物质转化，发展可再生能源的重要技术之一。催化剂的应用可以有效缓解生物油含氧量高、热值低、粘度大等问题。催化体系的引入可以有效提升生物油品质、减少气体中焦油含量，常用的催化剂包括分子筛催化剂、金属氧化物催化剂、金属盐催化剂，催化温度通常在400-600℃。分子筛催化剂，如ZSM-5，表现出了优异的芳构化和脱氧能力；金属氧化物催化剂，如CaO、MgO，表现出了良好的脱氧能力。目前，催化剂易钝化失活、使用寿命短，经济效益差仍是限制生物质广泛替代石油的瓶颈问题之一。因此如何提高催化体系的催化性能和使用寿命，对生物质热解转化制油、产气十分重要。多环芳烃是催化剂结焦钝化的重要前驱物，减少多环芳烃的产生或提高多环芳烃的降解显得十分重要。

微波加热具有即时性、整体性、选择性和高效性等优点。前期研究表明，微波应用于催化体系可以提高催化剂的催化活性。以ZSM-5为例，在微波体系下催化剂的脱氧和芳构化能力均得到增强。传统分子筛催化、金属氧化物催化剂均不具有微波吸收能力，一定程度上限制了微波加热在催化体系的应用。

发明内容

本发明提供了一种微波驱动型催化剂的制备方法，制备工艺简单，具有微波耦合能力，可实现催化剂“原位吸波生热”和“催化转化”的协同，充分发挥微波加热特性，减缓催化剂结焦、提高催化效率及催化剂使用寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种微波驱动型催化剂的制备方法，按如下步骤。

(1)“核”体陶瓷浆料配制：SiC与TiC按比例混合后，低速球磨混合0.5-2小时制备陶瓷骨料。陶瓷骨料与磷酸二氢铝按照1:1-4:1进行混合并添加高岭土和去离子水配置浆料。浆料搅拌混匀后室温困料12-48小时。

(2)将聚胺酯泡沫切割成需要的形状大小后用8％-20％的氢氧化钠溶液浸泡揉搓1-3小时，洗净后再用0.5％-3％的羧甲基纤维素钠溶液浸渍0.5-3小时后备用。

(3)处理过后的聚胺酯泡沫浸入浆料中，通过辊压工艺除去多余浆料得到预制体。

(4)预制体在室温下干燥12-48小时，转入烘箱中在65℃下干燥8-24小时，最后空气中煅烧制得微波耦合“核”体材料。煅烧过程采用程序升温，首先以2℃/min从室温到200℃，随后以1℃/min从200℃升温至500℃并保持1小时，最后以2℃/min升至终温并保持2小时。

(5)“壳”体催化剂浆料配制：选用原料氢氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化铈和氧化锆中的一种或多种按照比例进行复配后在球磨机中低速混合0.5-2小时，记为复配原料1。以复配原料1为100份计，按照聚乙烯醇0.1-0.5份、羧甲基纤维素0.5-4.0份、碱性硅溶胶0.2-1.0份称取溶于一定量去离子水中，混合均匀后记为复配原料2。复配原料1和复配原料2混合，搅拌0.5-1.5小时制备得到“壳”体催化剂浆料。